Удосконалення технології йогурту питного з крохмалепродуктами

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено удосконаленню технології йогурту питного шляхом розроблення його рецептурного складу з натуральними підсолоджуючими і структуруючими крозмалепродуктами та уточнення технологічних режимів виробництва нових видів продукту. На основі аналізу науково-технічної інформації виявлено проблеми формування характерних для йогурту нежирного питного споживчих характеристик та встановлено можливі шляхи їх вирішення. Вивчено асортиментний ряд перспективних для застосування у складі йогурту питного функціонально-технологічних та смако-ароматичних інгредієнтів. Для проведення дослідження обрано продукти ферментативного гідролізу кукурудзяного крохмалю з метою ціле-спрямованого формування комплексу характерних для йогурту питного нежирного органолептичних, фізико-хімічних і мікробіологічних показників. Проаналізовано можливі функції крохмалепродуктів у складі йогурту та експериментально доведено технологічну доцільність застосування у складі йогурту крохмалепродуктів з середнім і низьким декстрозним еквівалентом. Зокрема, встановлено можливість застосування у йогурті нежирному мальтодекстринів та глюкозного сиропуу кількості 9% у перерахунку на сухі речовини на заміну еквівалентного вмісту цукру і сухого знежиреного молока без зниження рівня показників якості готового продукту за підтримки балансу його складу за вмістом сухих знежирених речовин молока. Доведено технологічну перевагу застосування у складі йогуртусухих продуктів гідролізу крохмалю, порівняно з рідкими патоками і сиропами, які забезпечують формування відповідних реологічних характеристик, більш властивих ферментованому напою високої якості. Встановлено, що структуруюча і вологозв′язувальна здатність йогурту з крохмалепродуктами підвищується зі зниженням їх декстрозного еквіваленту. Наявність декстринів у складі крохмалепродуктів з низьким і середнім декстрозним еквівалентом підвищує здатність йогурту питного, одержуваного резервуарним способом, до самочинного відновлення зруйнованої структури. Виявленокореляційну залежність між ступенем ферментативного гідролізу крохмалю і здатністюодержаних крохмалепродуктів впливати на активність води і динаміку ферментації молока молочнокислими бактеріями Streptococcus thermophilus і Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus. Ефективність такого впливу зростає за підвищення декстрозного еквіваленту – від 10-20 для мальтодекстринів, до 40 – для глюкозного сиропу і до 98 – для глюкозно- фруктозного сиропу. Встановлено, що під час зберігання йогурту відбувається активне зростання концентрації мікробних клітин в присутності крохмалепродуктів з високим декстрозним еквівалентом у перші 7 діб, але на 14-ту добу спостерігається їхнє незначне відмирання. На 14-ту добу зберігання концентрація мікробних клітин молочнокислих бактерійStreptococcus thermophilus і Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus стає майже однаковою для усіх зразків з крохмалепродуктами за практично повного біохімічного перетворення наявних джерел вуглецю. У разі подовження зберігання йогурту до 28 діб найбільший вплив на життєздатність молочнокислих бактерій виявляє мальтодекстрин. Перевірено вплив процесу гомогенізації на функціонально-технологічні властивості крохмалепродуктів і встановлено, що механічне оброблення молочних сумішей з крохмалепродуктами за перевищення тиску і температури у визначених доволі вузьких межах знижує функціонально-технологічні властивості крохмалепродуктів у складі йогурту жирністю 1% за рахунок ймовірного часткового руйнування високомолекулярних залишків ферментованих макромолекул крохмалю. Зважаючи на суттєві енергетичні витрати та невисоку ефективність процесу гомогенізації молочних сумішей з крохмалепродуктами, прийняте рішення виключити з технологічної схеми виробництва йогурту цю технологічну операцію. За результатами аналізу існуючих у світі нормативних вимог до хімічного складу йогурту з наповнювачами уточнено вміст у його складі сухого знежиреного молочного залишку (СЗМЗ), який повинен становити не менше 8,2- 8,6 %, у тому числі білка – не менше 2,7-2,8 %. Шляхом розрахунку нормалізації молочних сумішей за вмістом сухих знежирених речовин доведено теоретичну можливість та практичну доцільність застосування сухої демінералізованої сироватки як джерела СЗМЗ у складі йогурту з 9 % мальтодекстрину або сухого глюкозного сиропу, яка у кількості від 0,32 до 0,77% забезпечує унормований мінімальний вміст сухих знежирених молочних складових у готовому продукті. У визначеному діапазоні вмісту сухої демінералізованої сироватки у йогурті з крохмалепродуктами встановлено незначні зміни його органолептичних та фізико-хімічних характеристик за підвищення вмісту білка в продукті у кількості від 2,91 до 2,99%. На основі базових рецептур йогурту з метою розширення асортиментного ряду розроблено оригінальні рецептури питного ферментованого напою підвищеної харчової цінності з екстрактом цикорію (0,8%) та кунжутною пастою тахіні (3,0%). Мікроструктурний аналіз та результати оцінки органолептичних, фізико-хімічних та мікробіологічних показників нових видів йогурту з крохмалепродуктами підтверджують їх високу якість. Розроблено принципову технологічну та апаратурно-технологічну схемивиробництва нових видів йогурту з крохмалепродуктами. Затверджено проєкт нормативної документації ТУ У 10.5-02070938-327:2024 «Йогурти питні нежирні з крохмалепродуктами». Проведено промислову апробацію наукової розробки на ПП «Дживальдіс» (Хмельницька область). Результати наукової розробки також впроваджено у навчальний процес кафедри технології молока і молочнгих продуктів Національного університету харових технологій. За результатами проведених розрахунків підтвердженоочікуваний економічний ефект від впровадження наукової розробки.Соціальний ефект удосконаленої технології йогурту із застосуванням продуктів переробки кукурудзяного крохмалю полягає в розширенні асортиментної лінійки йогурту на основі виключно натуральної сировини, а також у заощадженні сировини тваринного походження та скороченні тривалості технологічного циклу виробництва. Достовірність отриманих результатів підтверджено використанням сучасних методик і методів досліджень, відповідного обладнання, використанням математичних засобів для опрацювання результатів. Наукові положення та рекомендації підтверджені дослідженнями, проведеними в лабораторіях Національного університету харчових технологій. The dissertation is dedicated to improving the technology of non-fat drinkable yogurt by developing its formulation with natural sweetening and structuring starch hydrolysis products, as well as refining the technological production modes for Based on an analysis of scientific and technical information, existing issues in forming consumer characteristics typical for non-fat drinkable yogurt were identified, and possible solutions were proposed. The assortment of prospective functional- technological and flavor-aromatic ingredients for use in drinkable yogurt was studied. Enzymatic hydrolysis products of corn starch were selected for the study to purposefully form the sensory, physicochemical, and microbio. The potential functions of starch hydrolysis products in yogurt formulation were analyzed, and the technological feasibility of using starch hydrolysis products with medium and low dextrose equivalents was experimentally substantiated. Specifically, it was determined that maltodextrin and glucose syrup could be used in non-fat yogurt at a concentration of 9% (on a dry substance basis) as a substitute for an equivalent content of sugar and non-fat dry milk. This substitution maintains the quality parameters of the final product while preserving the balance of its composition regarding the conte. The technological advantage of using dry starch hydrolysis products in yogurt, particularly maltodextrins and dry glucose syrup, has been demonstrated compared to liquid molasses and syrups. These dry products ensure the formation of proper rheological characteristics typical of high-quality fermented beverages. It was established that the structuring and water-binding capacity of yogurt with starch hydrolysis products increases as their dextrose equivalent decreases. The presence of dextrins in starch hydrolysis products with low and medium dextrose equivalents enhances the ability of drinkable yogurt, produced via the reservoir method, to spontaneously restore its disrupted structure. A correlation was found between the degree of enzymatic starch hydrolysis and the ability of the resulting starch hydrolysis products to influence water activity and the dynamics of milk fermentation by lactic acid bacteria Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus. The effectiveness of this influence increases with the dextrose equivalent: from 10–20 for maltodextrins, to 40 for glucose syrup, and up to 98 for glucose-fructose syrup. It was established that during yogurt storage, there is an active increase in microbial cell concentration in the presence of starch hydrolysis products with a high dextrose equivalent within the first seven days. However, by the 14th day, a slight decrease in microbial cell count was observed. By this point, the concentration of microbial cells of Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus becomes nearly identical across all samples with starch hydrolysis products, coinciding with the near-complete biochemical transformation of available carbon sources. When yogurt storage is extended to 28 days, maltodextrin exhibits the most significant effect on the viability of lactic acid bacteria due to its prebiotic properties. The impact of the homogenization process on the functional-technological properties of starch hydrolysis products was investigated. It was found that mechanical processing of milk mixtures with starch hydrolysis products, under pressures and temperatures exceeding specified limits, reduces the functional-technological properties of these products in 1% fat yogurt. This is likely due to the partial degradation of high-molecular residues of fermented starch macromolecules. Given the significant energy costs and the low efficiency of the homogenization process for milk mixtures containing starch hydrolysis products, it was decided to exclude this operation from the technological scheme of yogurt production. Based on an analysis of global regulatory requirements for the chemical composition of yogurt with additives, the content of non-fat dry milk solids (NFDMS) in its composition was clarified. It should be no less than 8.2–8.6%, including a protein content of no less than 2.7–2.8%. By calculating the normalization of milk mixtures based on the content of non-fat dry solids, the theoretical feasibility and practical suitability of using dry demineralized whey as a source of NFDMS in yogurt with 9% maltodextrin or dry glucose syrup were demonstrated. In amounts ranging from 0.32% to 0.77%, this ingredient ensures the standardized content of non-fat dry milk solids in the final product. In the specified range of dry demineralized whey content in yogurt with starch hydrolysis products, minor changes in the organoleptic and physicochemical characteristics of the product were observed. These changes correspond to an increase in protein content from 2.91% to 2.99%. To expand the assortment of drinkable fermented beverages with enhanced nutritional value, original recipes were developed based on the standard yogurt formulations. These include recipes with chicory extract (0.8%) and tahini sesame paste (3%). Microstructural analysis and evaluations of the organoleptic, physicochemical, and microbiological parameters of the new yogurt varieties with starch hydrolysis products confirm their high quality. A conceptual technological and process flow diagram for the production of new yogurt types with starch-based products has been developed. The draft regulatory documentation TS U 10.5-02070938-327:2024 «Low-fat drinking yogurts with starch- based products» has been approved. The scientific development underwent industrial testing at private еnterprise «Dzhyvaldis» in the Khmelnytskyi region. The expected socio-economic effect of implementing the scientific development has been substantiated. The results of the scientific development have also been integrated into the educational process of the Department of Milk and Dairy Products Technology at the National University of Food Technologies. The economic effect of implementing the scientific development was confirmed based on the conducted calculations. The social impact of the improved yogurt technology using corn starch processing products lies in the expansion of the yogurt product line with higher nutritional value, made exclusively from natural raw materials. Additionally, it contributes to saving animal-based raw materials and reducing the production cycle duration. The reliability of the obtained results is ensured by the use of modern research methods, appropriate equipment, and mathematical tools for data processing. The scientific principles and recommendations are supported by studies conducted in the laboratories of the National University of Food Technologies.